为评估越站列车高速(350 km/h)通过半地下车站时气动效应对车站内、外环境的影响,为车站及连接隧道的设计提供参考。利用重叠网格技术建立高速铁路半地下车站气动效应计算模型,分析单车上行、单车下行、全地下段会车、半地下段会车等工况下站台区域的空气压力及风速、站外微气压波变化规律。结果表明:1)全地下段比半地下段的压力波动剧烈;2)单车上行工况,全地下段站台区域压力波动最剧烈,其压力波动峰值、瞬变压力峰值均最大,但均小于评价标准;3)全地下段会车工况,站台区域的风速最大,最大风速未超过5.0 m/s;4)上行列车通过时,在全地下段和半地下段交界处附近产生微气压波,50 m范围内有建筑物时需考虑微气压波的影响。

为解决盾构主驱动密封系统在掘进过程中失效,造成主驱动、主轴承或齿轮损坏的问题,以某系列土压平衡盾构主驱动密封系统的结构和工作原理为基础,首先,采用适用于现场施工条件的主驱动密封气压检测技术,即分别向内、外密封各腔体内通入100k Pa压缩空气,保压30 min后,压降值在允许范围内为合格,超出为不合格,进而判定主驱动密封是否失效。然后,结合现场经验和理论分析,从设计、装配、操作、磨损4个方面对密封失效的原因进行分析,得出装配不合格、操作不当和正常磨损等问题均是目前最常见的密封失效原因。最后,针对密封失效原因,分别从设计、安装、操作、日常维保等各个环节进行预防把控,以保证主驱动密封系统达到设计使用寿命。

为从微观角度探究管片接缝密封垫的防水机制,基于Roth模型建立密封垫接触面的泄漏通道模型,推导出泄露率的计算公式;通过建立宏观密封垫数值模型和微观锥型峰数值模型,完成以粗糙度、张开量、错位量和硬度为4个影响因素,以泄露率和平均正压力为评价指标的正交试验。主要结论如下:1)泄露率可以作为评价密封垫防水性能的一个重要指标;2)随着粗糙度的增加,泄露率逐渐增大,尤其是当粗糙度大于0.8μm时,泄露率几乎呈指数型增长,考虑到降低粗糙度会增加工程造价,建议密封垫粗糙度控制在0.4~0.8μm;3)粗糙度直接决定了初始泄漏通道的尺寸,因此,相比于硬度、张开量、错位量3个因素,粗糙度对于泄露率的影响最为显著。

为提升盾构主驱动密封系统的密封性能和使用寿命,在分析盾构主驱动密封常见失效形式和失效原因的基础上,针对现有盾构密封系统的布局、结构设计和安装工艺的不足,总结提出密封安装结构设计优化和密封安装工艺优化的方案,以提升主驱动密封系统的密封性能,保障盾构施工安全稳定。以目前广泛应用的唇形密封为例,就工作压力对密封系统的影响规律进行建模分析。研究发现:1)密封唇口的变形量主要受压力差影响;2)密封隔环设置支撑对密封的承压能力、使用寿命和防止密封翻转有改善作用;3)通过构建背压,形成合理的压差,能够提高密封系统整体的承压能力;4)并联安装中间环的方法,可有效解决因外载压力过大导致密封翻转、进而密封系统整体失效的问题。

盾尾密封系统是盾构重要系统之一,当其发生故障时,会产生漏水、漏浆等重大施工风险,对盾尾密封系统不同外部水压条件下(2~8MPa)的密封性能进行深入研究具有重要的现实意义。基于盾尾密封腔的空间构型,结合盾尾密封双向承压实验,运用计算流体动力学方法,对盾尾密封系统进行多相流的数值模拟,研究盾尾刷模型简化方法、盾尾油脂腔压力分布规律和水侵入的流动规律,分析盾尾密封系统不同外部水压条件下的密封性能。模拟结果表明,当注脂稳定后,油脂腔内压力处于0.8~1.2MPa,且油脂腔2压力始终大于油脂腔1压力,其压差始终保持在0.1~0.3MPa;当水完全击穿盾尾密封系统时,会形成一个稳定的流道;随着水压的不断增加,完全击穿盾尾密封系统的时间逐渐减少,且减少的幅度越来越小。本文针对盾尾密封系统的密封性能所做的流体仿真,可为盾尾密封系统的设计...

为解决目前国内外盾尾密封油脂抗水压密封测试标准不统一,不能定量测试油脂抗水压密封性等问题,研制出一种新型抗水压密封测试仪,并对国内外常见盾尾密封油脂进行抗水压密封性能测试。经分析,总结油脂抗水压密封机制,并定义水击穿压力测试指标,即实验室25℃下,使用1层网孔孔径为0.76 mm、丝径0.3 mm的金属钢丝网,300 g盾尾密封油脂被水击穿的最小压力。用水击穿压力可定量表征盾尾密封油脂抗水压密封性,进而提出抗水压密封测试标准。

针对国内跨江越河等高水压(0.4~0.8 MPa)盾构施工所需盾尾密封油脂被进口产品垄断的难题,通过正交试验研究盾尾密封油脂各个配方组分之间的相互作用。结果表明:1)增稠流变剂的引入,提供了层间距为5~10 nm的片层结构,为基础油和聚异丁烯提供了进入空间,实现了增稠分散,提高了耐高水压盾尾密封油脂的剪切流变性,保证了稠度与泵送性的平衡;2)不同尺度的天然可降解纤维与配方中其他组分形成复合纤维增强阻水结构,使得耐高水压盾尾密封油脂的水击穿压力达7 MPa,是进口产品的1.75倍。在实现盾尾密封油脂稠度和泵送性适中的同时,大大提高了盾尾密封油脂的抗水压密封性,为我国跨江越河等高水压复杂地层盾构用高端盾尾密封油脂的进一步研发与转化打下坚实的基础。

为研究盾构隧道双道密封垫在防水性能提升上的效果,首先定性分析双道密封垫的防水机制,给出击穿水压概念以及基于弹性力学的密封垫击穿水压数值估算公式;然后开展双道密封垫试验,对击穿水压数值进行验证,得出影响双道密封垫防水性能的一些因素。研究结果表明:1)当外界水压大于外道密封垫初始防水能力的1.36倍时,密封垫被完全击穿,丧失残余防水能力;2)不同的密封垫布置方式会影响双道密封垫的防水能力,在双道密封垫的实际应用中,需要将防水能力更强的密封垫布置在外侧,且双道密封垫的防水能力差距不宜过大;3)沟槽的结构和尺寸会影响密封垫的防水能力;4)无论是单道密封垫,还是双道密封垫,无错位量密封垫的防水压力远大于有错位量密封垫的防水压力,因此施工中应采取措施尽量减少错位量。

为解决盾尾密封损坏导致的工程安全和进度问题,通过跟踪、统计多项盾构隧道工程盾尾密封使用和更换情况,总结盾尾密封的失效形式,并分析盾尾密封失效的原因,主要表现在盾尾密封设计缺陷、盾尾刷制造与安装质量差、油脂填充质量不高、施工过程控制不严以及应急预案准备不充分等方面。提出基于全过程管理理念的盾尾密封管理方法,从盾尾密封设计、盾尾刷制造和安装、初装油脂、施工管理、应急管理5个阶段,对盾尾密封的全过程管理要点和对策进行系统研究。该方法在中俄东线天然气管道长江盾构穿越工程得到成功应用,保障了盾构施工中盾尾密封安全,为盾尾密封的科学管理提供了新的思路和举措。

为克服现有连续掘进技术的不足,提出一种包含铰接滑筒结构的盾构,相较于常规盾构,该机型需要一套可靠的、长距离、高负荷的大直径往复直线动密封结构。为验证往复直线动密封结构的稳定性和可靠性,开展铰接滑筒动密封的仿真分析和模拟试验。仿真分析结果说明,试验台第1道聚氨酯鼓形双向密封在预设的初始压缩率条件下,极限承压能力为0.45 MPa。通过试验模拟不同介质环境,试验加压0.5 MPa,往复运动累计测试长度超过4000 m,试验结果表明,1道聚氨酯鼓形双向密封加3道填料密封结构的可靠性、耐用性满足要求。